Jaké jsou kritické požadavky na svařování pro trubky Incoloy 832 versus Incoloy 890?

1. Otázka: Jaké jsou zásadní rozdíly ve složení a vlastnostech mezi dýmkami Incoloy 832 a Incoloy 890?

A:Incoloy 832 a Incoloy 890 jsou vysoce-austenitické slitiny určené pro vysokoteplotní sulfidizační a oxidační prostředí, liší se však obsahem chrómu, křemíku a niklu, což ovlivňuje jejich výkonnostní obálky.

Incoloy 832 (UNS N08832)je austenitická slitina s vysokým -chromem, křemíkem{1}}, která byla vyvinuta speciálně pro prostředí se silnou sulfidizací. Jeho nominální složení je 30–35 % niklu, 26–30 % chrómu, 0,5–1,5 % molybdenu, 1,5–2,5 % křemíku, 0,5–1,0 % manganu, 0,02–0,06 % uhlíku a zbytek železa. Klíčovými rozlišovacími znaky jsou velmi vysoký obsah chrómu (26–30 %, vyšší než u Incoloy 890 o 25–28 %) a zvýšený obsah křemíku (1,5–2,5 %, výrazně vyšší než u 890 o 0,3–0,8 %). Tato kombinace poskytuje výjimečnou odolnost proti sulfidaci (napadení síry) při vysokých teplotách. Vysoký obsah křemíku podporuje tvorbu ochranné podvrstvy oxidu křemičitého (SiO₂) pod vrstvou oxidu chromitého/sulfidu. Incoloy 832 je pevný-roztok zpevněný bez záměrných srážení{32}}tvrdících přísad. Typická mez kluzu je 30–45 ksi (207–310 MPa) při pokojové teplotě, s užitečnou pevností při tečení až do přibližně 1800 stupňů F (982 stupňů).

Incoloy 890 (UNS N08890)je slitina železa-niklu-chrómu, která je také navržena pro vysokoteplotní-sulfidizační a oxidační prostředí. Jeho nominální složení je 32–35 % niklu, 25–28 % chrómu, 0,5–1,5 % molybdenu, 0,3–0,8 % křemíku, 0,5–1,0 % manganu, 0,02–0,06 % uhlíku a zbytek železa. Ve srovnání s Incoloy 832 má Incoloy 890 mírně nižší obsah chrómu (25–28 % vs. 26–30 %) a výrazně nižší obsah křemíku (0,3–0,8 % vs. 1.5–2,5 %). Nižší obsah křemíku usnadňuje výrobu a svařování Incoloy 890, protože vysoké hladiny křemíku mohou podporovat tvorbu křehké sigma fáze a snižovat svařitelnost. Nižší obsah křemíku však také znamená poněkud nižší odolnost vůči sulfidaci v nejagresivnějších prostředích. Incoloy 890 je také pevný -roztok zpevněný s typickou mezí kluzu 30–45 ksi (207–310 MPa).

Metalurgické důsledky:Incoloy 832 nabízí vynikající odolnost vůči sulfidaci díky vyššímu obsahu chrómu a křemíku, ale za cenu snížené svařitelnosti a potenciálu tvorby křehké fáze během dlouhodobého vystavení vysokým-vysokým-teplotám. Incoloy 890 nabízí rovnováhu dobré odolnosti proti sulfidaci, vynikající odolnosti proti oxidaci a lepší zpracovatelnosti. Pro nejtvrdší sulfidizační prostředí (např. ohřívače ropy s vysokým-sírou, kotle-na uhlí a hořáky s nízkým-NOx) se dává přednost Incoloy 832. Pro běžné služby ohřívačů rafinérií, kde je sulfidace mírná a svařitelnost je důležitá, se často volí Incoloy 890.

Výběr mezi nimi:Pokud aplikace zahrnujeextreme sulfidation with high sulfur content (>3 % v palivu) a teploty nad 1600 stupňů F (871 stupňů), zvolte Incoloy 832. Pokud aplikace zahrnujestřední až silná sulfidace s dobrými požadavky na zpracovatelnost, zvolte Incoloy 890.

---

2. Otázka: Jaké průmyslové normy a specifikace upravují bezešvé trubky Incoloy 832 a Incoloy 890?

A:Na tyto dvě slitiny se vztahují podobné rámce specifikací, ale Incoloy 832 je méně standardizovaný a často vyžaduje specifické-specifikace kupujícího.

Pro bezešvé trubky Incoloy 832:

Neexistuje žádná vyhrazená specifikace potrubí ASTM.Incoloy 832 je proprietární nebo semi{1}}standardní třída. Potrubí se obvykle vyrábí podle specifikací vyvinutých kupujícím-, které odkazují na ASTM B407 (pro slitiny niklu-železa-chromu) s doplňkovými požadavky na chemii (vyšší Cr a Si) a vlastnosti za zvýšené-teploty.

ASTM B407 / ASME SB407– Používá se jako základní specifikace, s chemií upravenou tak, aby splňovala požadavky Incoloy 832.

ASME Code Case– Pro podobné slitiny s vysokým-křemíkem existují některá pouzdra Code Cases; kupující by měli konzultovat dodržování kodexu s továrnou.

API 938-C– American Petroleum Institute doporučený postup pro odolnost proti sulfidaci, který zahrnuje pokyny pro slitiny, jako je Incoloy 832.

Pro bezešvé trubky Incoloy 890:

ASTM B407 / ASME SB407– Standardní specifikace pro bezešvé trubky ze slitiny niklu-železa-chromu. Toto je primární specifikace pro UNS N08890.

ASTM B163 / ASME SB163– Bezešvé trubice kondenzátoru a výměníku tepla, často používané pro potrubí 890 ve vysokoteplotních výměnících tepla-.

Pouzdro ASME Code 2588– Umožňuje použití Incoloy 890 (UNS N08890) v konstrukci ASME kotlů a tlakových nádob pro provoz až do 1800 stupňů F (982 stupňů) v sulfidizujícím prostředí.

API 938-C– Poskytuje návod k použití Incoloy 890 a podobných slitin pro komponenty ohřívačů rafinérií.

Aspekty nákupu:Bezešvá trubka Incoloy 832 je speciální produkt s velmi omezenými zdroji mlýnů. Nákupčí by měli počítat s prodlouženými dodacími lhůtami (16–24 týdnů) a měli by úzce spolupracovat s továrnou na stanovení specifikace nákupu. Chemická analýza musí potvrdit obsah křemíku (1,5–2,5 %) a chromu (26–30 %). Incoloy 890 je komerčněji dostupný, i když stále jde o speciální třídu s dodací lhůtou 12–20 týdnů. U obou slitin může být pro kritické aplikace vyžadováno{14}}testování pevnosti v tahu a tečení za zvýšené teploty.

---

3. Otázka: Proč je bezešvá trubka Incoloy 832 preferována pro extrémní sulfidizační prostředí v rafineriích a elektrárnách?

A:Bezešvé trubky Incoloy 832 získaly uznání pro nejtvrdší sulfidizační prostředí, kde dokonce i nerezová ocel Incoloy 890 a 310H vykazuje nepřijatelnou míru koroze. Jeho přednost vysvětlují tři specifické vlastnosti.

Za prvé, výjimečná odolnost vůči sulfidaci díky vysokému obsahu chrómu a křemíku.Sulfidace je forma vysokoteplotní-koroze, kdy síra reaguje s kovem za vzniku sulfidů s nízkým-táním-. Klíčem k odolnosti je vytvoření ochranného, ​​pomalu{4}}rostoucího sulfidu nebo oxidu. Incoloy 832 obsahuje 26–30 % chrómu (oproti. 25–28 % pro 890 a 24–26 % pro 310H) a 1,5–2,5 % křemíku (oproti. 0.3–0,8 % pro 890). Vysoký obsah chrómu podporuje tvorbu sulfidů/oxidů bohatých na chrom{21}}. Vysoký obsah křemíku podporuje tvorbu souvislé podvrstvy amorfního oxidu křemičitého (SiO₂) pod vrstvou chrómu. Tato vrstva oxidu křemičitého je výjimečně stabilní a působí jako difúzní bariéra proti síře. V laboratorních testech simulujících podmínky rafinérského ohřívače (1400–1600 stupňů F / 760–871 stupňů, 2–4 % síry v palivu) vykazuje Incoloy 832 rychlost sulfidace 0,001–0,003 palce za rok (ipy), ve srovnání s 0,005–0,010 ipy pro 0,5–0,010 ipy pro 0,5–0,00 ipy pro 0,020 ipy Incoloy 310H.

Za druhé, odolnost vůči sulfidaci i oxidaci.Mnoho slitin odolných vůči sulfidaci- (např. slitiny s velmi vysokým obsahem křemíku) může být náchylných k oxidaci v prostředích, která se pohybují mezi redukčními (sulfidizačními) a oxidačními podmínkami. Vysoký obsah chromu (26–30 %) Incoloy 832 poskytuje vynikající odolnost proti oxidaci a vytváří ochranný povlak Cr₂O₃, když se prostředí stává oxidujícím. Tato dvojí schopnost je kritická u ohřívačů rafinérií, kde může kolísání atmosféry způsobit dopad plamene, pronikání vzduchu nebo poruchy procesu. Slitina zachovává ochranu za obou podmínek.

Za třetí, dobrá pevnost při tečení při zvýšených teplotách.I když se nejedná o precipitační-slitinu, dosahuje Incoloy 832 užitečné pevnosti při tečení prostřednictvím zpevnění tuhého roztoku z chrómu, křemíku a molybdenu. Mez pevnosti při tečení po 100 000-hodinách při 1600 stupních F (871 stupňů) je přibližně 1,5–2,5 ksi (10–17 MPa), srovnatelná s 310H a vhodná pro většinu aplikací ohřívacích trubek rafinérií, kde jsou obvodová napětí relativně nízká (obvykle 0,5–1,5 ksi).

Srovnávací způsoby selhání:V ohřívací trubce surové ropy zpracovávající 3,5 % surové síry při teplotě 1550 stupňů F (843 stupňů) s vnitřním tlakem 500 psig:

Nerezová ocel 310H: rychlost sulfidace 0,030 ipy, životnost trubky přibližně 3–4 roky

Incoloy 890: rychlost sulfidace 0,008 ipy, životnost trubice přibližně 10–12 let

Incoloy 832: rychlost sulfidace 0,002 ipy, životnost trubice přesahující 20 let

Typické aplikace:Rafinérské ohřívací trubky (s vysokým{0}}surovým surovým provozem), zpožděné ohřívače koksovacích trubek, vakuové ohřívače, uhelné-trubky přehřívačů a dohřívačů kotlů (hořáky s nízkým -NOx vytvářejí sulfidizační podmínky), součásti kotlů na regeneraci černého louhu v celuló zkách a odpadní trubky z pryžových odpadních kotlů s vysokým obsahem síry (sh).

---

4. Otázka: Proč se bezešvá trubka Incoloy 890 často volí před možnostmi z vyšších-slitin pro službu ohřívačů rafinérií?

A:Bezešvá trubka Incoloy 890 zaujímá „sladké místo“ v aplikacích rafinérských ohřívačů-a nabízí výrazně lepší odolnost proti sulfidaci než standardní nerezová ocel 310H a zároveň poskytuje lepší zpracovatelnost a nižší cenu než vyšší-slitiny křemíku, jako je Incoloy 832. Její rozšířené přijetí vysvětlují tři faktory.

Za prvé, optimalizovaná rovnováha odolnosti vůči sulfidaci a zpracovatelnosti.Incoloy 890 s 25–28 % chrómu a 0,3–0,8 % křemíku poskytuje značnou odolnost vůči sulfidaci ve srovnání s 310H (typicky 24–26 % Cr, 0,3–0,5 % Si). Zlepšení je významné{11}}obvykle 50–70% snížení míry sulfidace. Obsah křemíku je však udržován pod 1 %, aby se předešlo potížím se svařováním a výrobou spojenými se slitinami s vysokým-křemíkem. Slitiny s vysokým-křemíkem (nad 1,5 % Si) mohou při svařování nebo dlouhodobém provozu vytvářet křehkou fázi sigma a jsou náchylnější k praskání za tepla. Incoloy 890 lze svařovat pomocí standardních postupů s přídavným kovem ER310 bez nutnosti speciálního předehřívání nebo tepelného zpracování po-svaření. Díky tomu je praktický jak pro výrobu mlýnů, tak pro opravy na poli.

Za druhé, osvědčený výkon v široké škále prostředí rafinérií.Incoloy 890 nashromáždil desítky let zkušeností v terénu v oblasti ohřívačů surového materiálu, vakuových ohřívačů, ohřívačů koksu a ohřívačů reformátorů. Funguje spolehlivě v celém rozsahu obsahu síry (0,5–3,0 %), teplot (1200–1650 stupňů F / 649–899 stupňů) a podmínek tepelného cyklování. Tento rozsáhlý záznam dává rafinérským inženýrům jistotu při specifikaci slitiny. Naproti tomu vyšší-slitiny křemíku jako Incoloy 832 mají omezenější historii pole a jsou obvykle vyhrazeny pro nejextrémnější podmínky.

Za třetí, nákladová-efektivita ve srovnání se superslitinami na bázi niklu-.V prostředích se silnou sulfidací mohou někteří inženýři zvážit pevné slitiny na bázi niklu-, jako je Inconel 600 nebo Incoloy 800H. Tyto slitiny však mají své vlastní problémy se sulfidací-slitiny s vysokým-niklem mohou vytvářet sulfidy niklu s nízkým-táním- (Ni₃S₂, bod tání 1179 stupňů F / 637 stupňů), které způsobují katastrofální kapalnou-fázi. Incoloy 890 se svým vyváženým obsahem niklu (32–35 %) tomuto problému předchází a zároveň poskytuje vynikající odolnost vůči sulfidaci za nižší cenu než slitiny na bázi niklu-. Náklady na slitinu Incoloy 890 jsou obvykle 2–3krát vyšší než u 310H, ale pouze 0,6–0,8krát vyšší než u pevných niklových slitin, což z něj činí ekonomický upgrade.

Porovnání výkonu v typickém provozu ohřívače v rafinerii (1500 stupňů F / 816 stupňů, palivo s 2 % síry):

Typické aplikace:Rafinérské surové a vakuové ohřívače sálavé sekce, zpožděné trubky ohřívače koksu, ohřívače reformeru a rozdělovače, výstupní-výměníky tepla odtokové rafinérie (vysoko{1}}teplotní strana) a přehříváky uhelné-elektrárny (střední sulfidace).

---

5. Otázka: Jaké jsou kritické požadavky na svařování pro trubky Incoloy 832 versus Incoloy 890?

A:Svařování Incoloy 832 a Incoloy 890 vyžaduje pozornost k různým problémům: Vysoký obsah křemíku Incoloy 832 vytváří riziko praskání za tepla a sigma fáze, zatímco Incoloy 890 je shovívavější, ale stále vyžaduje správnou techniku.

Pro trubky Incoloy 832 (s vysokým obsahem křemíku, vysokým obsahem chrómu):

Vysoké riziko praskání za tepla a tvorby sigma fáze.Obsah křemíku 1,5–2,5 %, i když je prospěšný pro odolnost vůči sulfidaci, představuje značné problémy při svařování. Křemík snižuje bod tání filmů na hranicích zrn a zvyšuje náchylnost k praskání za horka. Opatření zahrnují:

Nízký tepelný příkon:Maximální interpass teplota: 250 stupňů F (121 stupňů). Tepelný příkon omezen na 15–30 kJ/palec (6–12 kJ/cm). Používejte pouze navlékací korálky-žádné tkaní.

Důležitá je čistota:Kontaminace sírou, fosforem a mědí z řezných kapalin, značkovacích per nebo manipulačních nástrojů výrazně zvyšuje riziko praskání. Používejte speciální kartáče a brusné kotouče z nerezové oceli.

Předehřát:Obvykle se nevyžaduje, ale mírné předehřátí na 200–300 stupňů F (93–149 stupňů) může snížit teplotní gradienty a riziko praskání.

Omezení:Minimalizujte omezení svaru. Použijte montážní-mezery a umožněte volný pohyb sestavy.

Výběr přídavného kovu:PoužitíER310neboER309výplně z nerezové oceli. Pro nejlepší odpovídající odolnost proti sulfidaciER310(25–28 % Cr). Některé specializované-výplně křemíku existují, ale jsou k dispozici jen zřídka. Nikdy nepoužívejte plniva z nízkých -slitin nebo plniva na bázi niklu- s nízkým obsahem chrómu.

Tepelné zpracování po-svaru (obecně se nedoporučuje):Rozpouštěcí žíhání při 1950–2050 stupních F (1066–1121 stupních) by obnovilo tažnost, ale je nepraktické pro svařování v terénu a může způsobit zkreslení. Většina součástí Incoloy 832 se používá ve svařeném stavu-, což umožňuje určité snížení tažnosti.

Pro potrubí Incoloy 890 (střední křemík):

Dobrá svařitelnost se standardními opatřeními.Nižší obsah křemíku u Incoloy 890 (0,3–0,8 %) usnadňuje svařování než u Incoloy 832. Platí standardní postupy pro svařování austenitické nerezové oceli.

Výběr přídavného kovu:PoužitíER310jako preferované plnivo.ER309je přijatelné pro méně náročné služby. Plnivo by mělo odpovídat vysokému obsahu chrómu v základním kovu (25–28 %) pro optimální odolnost vůči sulfidaci.

Ovládání přívodu tepla:Maximální interpass teplota: 300 stupňů F (149 stupňů). Tepelný příkon omezen na 25–45 kJ/palec (10–18 kJ/cm). Vyšší tepelný příkon může způsobit precipitaci karbidu chrómu na hranicích zrn (senzibilizaci), což může snížit odolnost proti sulfidaci, ale je méně kritické než u vodní koroze.

Před-čištění sváru:Čistěte acetonem nebo speciálním kartáčem z nerezové oceli. Odstraňte veškeré znečištění uhlíkovou ocelí, abyste zabránili degradaci povrchu během provozu při vysokých-teplotách.

Tepelné zpracování po-svaru (není vyžadováno):Incoloy 890 se používá ve-svařeném stavu. Rozpouštěcí žíhání po svařování by obnovilo maximální odolnost vůči sulfidaci, ale je nepraktické a zřídka specifikované.

Kritická upozornění:

Pro Incoloy 832:Tato slitina je neúprosná. Svařujte pouze kvalifikovanými postupy. Vyhněte se všem zdrojům kontaminace sírou-i zbytky ze značkovacích per mohou způsobit praskliny. Zvažte alternativní metody spojování (např. svařování s ER310 s následným uvolněním pnutí) pro kritické součásti. Někteří výrobci vyžadují 100% radiografickou kontrolu všech svarů kvůli riziku praskání.

Pro Incoloy 890:Nepoužívejte plniva s nízkým-chromem (308L, 316L)-vytvářejí slabý článek pro sulfidační útok. Nepoužívejte nadměrný přívod tepla-zvýší se tím tepelná-zatížená oblast a snižuje se odolnost proti korozi. I když je shovívavější než 832, na správné technice stále záleží.

Kvalifikační požadavky:

U obou slitin ve vysokoteplotní sulfidizaci by měla kvalifikace svařovacího postupu zahrnovat testování za zvýšené-teploty. I když neexistuje žádný standardní kodifikovaný test, mnoho provozovatelů rafinerií vyžaduje:

Mikroskopie příčného řezu pro ověření, že nedochází k praskání za tepla nebo sigma fázi

Testování tvrdosti (obvykle menší nebo rovno 95 HRB nebo ekvivalent)

Volitelné: vystavení simulovanému procesnímu plynu při teplotě, aby se ověřilo, že se svarová zóna nestane preferenčním místem útoku

Srovnávací tabulka: